高考物理人教版一轮复习课件第五章第3节功能关系能量守恒定律.ppt

第3节功能关系能量守恒定律 基础过关 考点研析 素养提升 基础知识 一 功能关系 基础过关紧扣教材 自主落实 1 功是的量度 即做了多少功就有多少发生了转化 2 做功的过程一定伴随着 而且必须通过做功来实现 能量转化 能量 能量的转化 能量的转化 Ek 3 常见的功能关系 动能 动能 Ep 减少 增加 Ep 减少 增加 Ep 电势能 电势能 E机 机械能 热量 mgL 增加 mgL 减少 mgL 2mgR 增加2mgR 减少2mgR 负功 增加 二 能量守恒定律 1 内容 能量既不会凭空 也不会凭空消失 它只能从一种形式为另一种形式 或者从一个物体到另一个物体 在的过程中 能量的总量 产生 转化 转移 转化和转移 保持不变 2 表达式 1 E初 E末 初状态各种能量的等于末状态各种能量的 2 E增 E减 增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量 总和 总和 1 力对物体做了多少功 物体就有多少能 过关巧练 1 思考判断 2 物体速度增大时 其机械能可能在减小 3 滑动摩擦力做功时 一定会引起机械能的转化 4 一个物体的能量增加 必定有别的物体能量减少 5 功可以变为能 能可以变为功 2 一个系统的机械能增大 究其原因 下列推测正确的是 A 可能是重力对系统做了功B 一定是合外力对系统做了功C 一定是系统克服合外力做了功D 可能是摩擦力对系统做了功 D 解析 只有重力做功 系统的机械能守恒 选项A错误 除重力 弹力之外的力做正功时 系统机械能增加 做负功时则减少 故选项B C错误 如果摩擦力对系统做正功 则系统机械能增加 故选项D正确 3 2019 河北唐山模拟 多选 光滑水平面上静置一质量为M的木块 一质量为m的子弹以水平速度v1射入木块 以速度v2穿出 木块速度变为v 对这个过程 下列说法中正确的是 AD A 4 2019 海南三亚模拟 如图所示 长为L的轻绳悬挂一个质量为m的小球 开始时绳竖直 小球与倾角 45 且静止于水平面的三角形物块刚好接触 现用水平恒力F向左推动三角形物块 直至轻绳与斜面平行 此时小球的速度大小为v 重力加速度为g 不计所有的摩擦 下列说法中正确的是 A 上述过程中 推力F做的功为FLB 上述过程中 斜面对小球做的功等于小球增加的动能C 上述过程中 推力F做的功等于小球增加的机械能D 轻绳与斜面平行时 绳对小球的拉力大小为mgsin45 考点一功能关系的理解与应用 功是能量转化的量度 力学中几种常见的功能关系如下 考点研析核心探究 重难突破 A 物体重力势能减少量一定小于WB 弹簧弹性势能增加量一定等于WC 物体与弹簧组成的系统机械能增加量为WD 若将物体从A处由静止释放 则物体到达B处时的动能为W BD 针对训练1 2019 河北唐山模拟 轻质弹簧右端固定在墙上 左端与一质量m 0 5kg的物块相连 如图 甲 所示 弹簧处于原长状态 物块静止且与水平面间的动摩擦因数 0 2 以物块所在处为原点 水平向右为正方向建立x轴 现对物块施加水平向右的外力F F随x轴坐标变化的关系如图 乙 所示 物块运动至x 0 4m处时速度为零 则此时弹簧的弹性势能为 g取10m s2 A 3 1JB 3 5JC 1 8JD 2 0J A 解析 物块与水平面间的摩擦力为Ff mg 1N 现对物块施加水平向右的外力F 由F x图像面积表示外力F做的功 可知F做功W 3 5J 克服摩擦力做功Wf Ffx 0 4J 由功能关系可知W Wf Ep 此时弹簧的弹性势能为Ep 3 1J 选项A正确 针对训练2 多选 如图 一固定斜面倾角为30 一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度 沿斜面向上做匀减速运动 加速度的大小等于重力加速度的大小g 若物块上升的最大高度为H 则此过程中 物块的 AC 考点二摩擦力做功与能量的关系 两种摩擦力做功情况比较 典例2 如图所示 质量M 4kg的滑板B静止放在光滑水平面上 滑板右端固定一根轻质弹簧 弹簧的自由端C到滑板左端的距离L 0 5m 可视为质点的小木块A质量m 1kg 原来静止于滑板的左端 滑板与木块A之间的动摩擦因数 0 2 当滑板B受水平向左恒力F 14N作用时间t后撤去F 这时木块A恰好到达弹簧自由端C处 此后运动过程中弹簧的最大压缩量为s 5cm g取10m s2 求 答案 1 1s 1 水平恒力F的作用时间t 2 木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能 答案 2 0 3J 3 当小木块A脱离弹簧且系统达到稳定后 整个运动过程中系统所产生的热量 答案 3 1 4J 解析 3 二者同速之后 设木块相对木板向左运动离开弹簧后系统又能达到共同速度v 相对木板向左滑动距离为x 有 m M v m M v 得v v 由能的转化与守恒定律可得Ep mgx解得x 0 15m由于s L x且x s 故假设成立整个过程系统产生的热量为Q mg L s x 解得Q 1 4J 方法技巧 摩擦生热掌握 三点 1 大小 系统内因滑动摩擦力做功产生的热量Q fx相对 2 原因 有滑动摩擦力的系统内存在相对位移 摩擦生热Q fx相对中 x相对是两物体间相对运动的位移 即同向相加 反向相减 3 能量转化有两种形式 一是相互摩擦的物体之间机械能转移 二是机械能转化为内能 即热量 针对训练 如图所示 劲度系数为k的轻弹簧一端固定在墙上 个小物块 可视为质点 从A点以初速度v0向左运动 接触弹簧后运动到C点时速度恰好为零 弹簧始终在弹性限度内 A C两点间距离为L 物块与水平面间动摩擦因数为 重力加速度为g 则物块由A点运动到C点的过程中 下列说法正确的是 D 考点三能量守恒定律的理解与应用 1 对能量守恒定律的理解 1 转化 某种形式的能量减少 一定存在其他形式的能量增加 且减少量和增加量一定相等 2 转移 某个物体的能量减少 一定存在其他物体的能量增加 且减少量和增加量相等 2 运用能量守恒定律解题的基本思路 1 物体A向下运动刚到达C点时的速度大小 答案 1 2m s 2 弹簧的最大压缩量 答案 2 0 4m 3 弹簧中的最大弹性势能 答案 3 6J 反思总结 能量的转化问题 涉及滑动摩擦力做功 机械能不守恒 机械能要转化为内能 热量 若涉及弹簧类问题 研究系统包含弹簧 则弹力做功不影响系统的机械能 若研究对象不包含弹簧 则部分能量转化为弹性势能 当弹簧伸长或缩短到最大限度时弹性势能最大 当弹簧为自然状态时 系统内某一端的物体具有最大速度 1 动能定理 重力做功与重力势能关系 2016 四川卷 1 韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员 他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿 助滑区 保持同一姿态下滑了一段距离 重力对他做功1900J 他克服阻力做功100J 韩晓鹏在此过程中 A 动能增加了1900JB 动能增加了2000JC 重力势能减小了1900JD 重力势能减小了2000J C 题组训练 解析 由题可得 重力做功1900J 则重力势能减少1900J 选项C正确 D错误 由动能定理WG Wf Ek可得动能增加1800J 选项A B错误 2 系统能量转化综合问题 多选 如图所示 质量相同的两物体a b 用不可伸长的轻绳跨接在同一光滑的轻质定滑轮两侧 a在水平桌面的上方 b在水平粗糙桌面上 初始时用力压住b使a b静止 撤去此压力后 a开始运动 在a下降的过程中 b始终未离开桌面 在此过程中 A a的动能小于b的动能B 两物体机械能的变化量相等C a的重力势能的减小量等于两物体总动能的增加量D 绳的拉力对a所做的功与对b所做的功的代数和为零 AD 解析 轻绳两端沿绳方向的速度分量大小相等 故可知a的速度等于b的速度沿绳方向的分量 a的动能比b的动能小 选项A正确 因为b与地面有摩擦力 运动时有热量产生 所以该系统机械能减少 而B C两项均为系统机械能守恒的表现 选项B C错误 轻绳不可伸长 两端分别对a b做功大小相等 符号相反 选项D正确 核心素养 思维拓展 生产 生活中的能量守恒问题 素养提升学科素养 演练提升 与生产 生活相联系的能量守恒问题往往具有试题情景新颖 所叙述的内容可能平时很少涉及 但问题的实质仍是能量转化与守恒定律的应用 对于该类问题 可通过认真读题 确定所研究的物理过程的初末状态 分析在状态变化过程中哪些形式的能量减少了 又有哪些形式的能量增加了 然后根据 E减 E增列式求解 示例 如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图 图中 和 为楔块 和 为垫板 楔块与弹簧盒 垫板间均有摩擦 在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中 A 缓冲器的机械能守恒B 摩擦力做功消耗机械能C 垫板的动能全部转化为内能D 克服摩擦力做功使弹簧的弹性势能减少 B 解析 列车车厢之间的摩擦缓冲装置在车厢相互撞击过程中有摩擦力 弹簧弹力做功 有动能 弹性势能的相互转化 也有摩擦热的产生 能量转移或转化过程中满足能量守恒定律 在车厢相互撞击使弹簧压缩过程中 由于要克服摩擦力做功 且缓冲器所受合外力做功不为零 因此机械能不守恒 A项错误 克服摩擦力做功消耗机械能 B项正确 撞击以后垫板和车厢有相同的速度 因此动能并不为零 C项错误 压缩弹簧过程 弹簧的弹性势能增加 D项错误 即学即练 构建和谐型 节约型社会深得民心 节能器材遍布于生活的方方面面 自动充电式电动车就是很好的一例 电动车的前轮装有发电机 发电机与蓄电池连接 当骑车者用力蹬车或电动车自动滑行时 电动车就可以连通发电机向蓄电池充电 将其他形式的能转化成电能储存起来 现有某人骑车以5kJ的初动能在粗糙的水平路面上滑行 第一次关闭自动充电装置 让车自由滑行 其动能随位移变化关系如图中直线a所示 第二次启动自动充电装置 其动能随位移变化关系如图中曲线b所示 则第二次向蓄电池所充的电能接近 A 5kJB 4kJC 3kJD 2kJ D 高考模拟 1 2018 天津卷 2 滑雪运动深受人民群众喜爱 某滑雪运动员 可视为质点 由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB 从滑道的A点滑行到最低点B的过程中 由于摩擦力的存在 运动员的速率不变 则运动员沿AB下滑过程中 A 所受合外力始终为零B 所受摩擦力大小不变C 合外力做功一定为零D 机械能始终保持不变 C 解析 运动员做匀速圆周运动 合外力指向圆心 A错误 对运动员受力分析如图所示 Ff mgsin 下滑过程中 减小 sin 变小 故摩擦力Ff变小 B错误 由动能定理知 匀速下滑动能不变 合外力做功为零 C正确 运动员下滑过程中动能不变 重力势能减小 机械能减小 D错误 2 2016 上海卷 7 在今年上海的某活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置 体验者在风力作用下漂浮在半空 若减小风力 体验者在加速下落过程中 A 失重且机械能增加B 失重且机械能减少C 超重且机械能增加D 超重且机械能减少 B 解析 据题意 体验者漂浮时受到的重力和风力平衡 在加速下落过程中 风力小于重力 即重力对体验者做正功 风力做负功 体验者的机械能减小 加速下落过程中 加速度方向向下 体验者处于失重状态 故选项B正确 3 2017 全国 卷 一质量为8 00 104kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面 飞船